一种航空发动机渗碳齿轮磨削裂纹的控制方法

摘要

本发明涉及一种航空发动机渗碳齿轮磨削裂纹的控制方法。该方法主要包括两个方面：一、考虑到齿轮磨削时，过高的表面温度必然会使表层金相组织发生变化，这将导致齿轮表面显微硬度的变化，因此控制齿轮待磨削表面的显微硬度在56～60HRC之间。二、考虑到磨削裂纹是组织应力和热应力迭加产生的结果，因此改善表面应力的分布状况，使残余应力得以平衡或降低。本发明的有益效果：通过大量的实验，证明采用上述方法后的齿轮磨削表面未见磨削裂纹。本方法可推广应用至其它型号航空发动机齿轮磨削裂纹的控制，为新型号航空发动机的研究积累宝贵的技术经验。

说明书

技术领域

本发明涉及一种航空发动机渗碳齿轮磨削裂纹的控制方法。

背景技术

航空发动机齿轮是用来传递动力和改变运行速度的，因此在功率传递机构如减速器中，各种形式的齿轮被大量使用。

航空发动机齿轮工程化制造过程中，磨削裂纹是影响产品质量的重要因素。磨削裂纹分为两种，一种是只发生在磨削面上，深度较浅，且深度基本一致，方向垂直于齿向，且无一定形状，另一种是裂纹呈龟甲状(封闭网络状)，其深度大致为0.03～0.15mm。磨削裂纹的最大特点是不能即时显现，且具有很大的延迟性，磨削裂纹的存在会大大降低基体材料的疲劳性能。

改进前，航空发动机渗碳齿轮磨削裂纹的控制是通过减少磨削量和降低磨削速度来实现的，但均无法从根本上杜绝磨削裂纹的产生，而磨削裂纹的去除是依靠手工打磨和抛修。磨削裂纹的存在使得产品制造周期长、制造成本居高不下，更严重的是影响产品质量和生产交付。

发明内容

本发明的目的是：提供一种控制航空发动机渗碳齿轮磨削裂纹产生的方法，克服现有技术无法有效控制磨削裂纹，影响产品质量，使得产品制造周期长、成本高的不足。

首先，分析航空发动机齿轮磨削裂纹的产生机理：

磨削裂纹的产生是由磨削热引起的，磨削时齿轮表面的温度可能高达820～

840℃或更高。如果将其表面快速加热至100℃左右并迅速冷却时，必然将产生收缩，这种收缩仅发生在表面，其基体仍处于膨胀状态，从而使表面层承受拉应力而产生第一种裂纹；当温度升至300℃时，表面再次产生收缩，从而产生第二种裂纹。如果在磨削时冷却不充分，则由于磨削而产生的热量，足以使磨削表面薄层重新奥氏体化，随后再次淬火成为淬火马氏体。因而使表面层产生附加的组织应力，再加上磨削所形成的热量使零件表面的温度升高极快，这种组织应力和热应力的迭加就导致磨削表面出现磨削裂纹。

综于上述分析，本发明的确定航空发动机齿轮磨削裂纹的新控制方法，主要包括两个方面：

一、考虑到齿轮磨削时，过高的表面温度必然会使表层金相组织发生变化，这将导致齿轮表面显微硬度的变化，因此控制齿轮待磨削表面的显微硬度在56～60HRC之间。

二、考虑到磨削裂纹是组织应力和热应力迭加产生的结果，因此改善表面应力的分布状况，使残余应力得以平衡或降低。

具体说来，本发明的技术方案是：一种航空发动机渗碳齿轮磨削裂纹的控制方法，具体包括如下步骤：

步骤一：对齿轮进行一、二次渗碳处理，保证齿轮待磨削表面显微硬度为56～60HRC；具体来说，需要保证对齿轮进行一、二次渗碳处理时，设定碳势为1.1%～1.3%，从而达到表面显微硬度满足上述要求；

步骤二：对渗碳处理后的齿轮进行磨削加工；

步骤三：对磨削后的齿轮进行低温除应力处理。

本发明的有益效果是：通过大量的实验，证明采用上述方法后的齿轮磨削表面未见磨削裂纹。本方法可推广应用至其它型号航空发动机齿轮磨削裂纹的控制，为新型号航空发动机的研究积累宝贵的技术经验。

具体实施方式

实施例一：

本实施例中的航空发动机渗碳齿轮磨削裂纹的控制方法，具体包括如下步骤：

步骤一：对齿轮进行一、二次渗碳处理，保证齿轮待磨削表面显微硬度为56～60HRC，本实施例中一、二次渗碳处理试验设备为真空渗碳炉ICBP-644TH，设备参数：有效加热区600mm×450mm×450mm，炉温均匀性(500～750)℃/±5℃,(750～1150)℃/±10℃；

本实施例中对齿轮进行一、二次次渗碳处理的过程包括如下子步骤：

子步骤1：设定真空渗碳炉碳势为1.1%；

子步骤2：设定一次渗碳温度和保温时间分别为905℃，6.5H；

子步骤3：设定二次渗碳温度和保温时间分别为905℃，4H；

出炉后，检查齿轮待磨削表面的显微硬度，三次测试值分别为：56、56、56，平均值：56；

步骤二：对渗碳处理后的齿轮进行磨削加工；

步骤三：对磨削后的齿轮进行低温除应力处理，冷却介质为空气，本实施例中，试验设备：低温井式回火炉RJJ-36-6，设备参数：有效加热区为φ450mm×500mm，炉温均匀性为(100～350)℃/±5℃；

设定低温去应力保温温度为150℃，设定低温去应力保温时间为1.5H；出炉后，待齿轮冷却至室温后，在齿轮磨削表面涂覆TS-5型脱水油进行防锈处理。

实施例二：

本实施例中的航空发动机渗碳齿轮磨削裂纹的控制方法，具体包括如下步骤：

步骤一：对齿轮进行一、二次渗碳处理，保证齿轮待磨削表面显微硬度为56～60HRC；本实施例中对齿轮进行一、二次次渗碳处理的过程包括如下子步骤：

子步骤1：设定真空渗碳炉碳势为1.3%；

子步骤2：设定一次渗碳温度和保温时间分别为905℃，6.5H；

子步骤3：设定二次渗碳温度和保温时间分别为905℃，4H；

出炉后，检查齿轮待磨削表面的显微硬度，三次测试值分别为：57、61、62，平均值：60；

步骤二：对渗碳处理后的齿轮进行磨削加工；

步骤三：对磨削后的齿轮进行低温除应力处理。

采用实施例一和实施例二中方法后的齿轮磨削表面未见磨削裂纹，由此验证了本方法的有效性。